DE19744767A1 - Parabolic channel concentrator for solar-thermal power station - Google Patents

Parabolic channel concentrator for solar-thermal power station

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Abstract

The parabolic channel concentrator for a solar-thermal power station has a channel-shaped bent reflector plate (3) for focussing the incident solar radiation (S) and a carrier construction (4) for the reflector plate made out of several segments (2) arranged one behind another in the channel's longitudinal direction. Each segment is assembled from several frames (5) consisting of wood. The frames of one segment are located in the transverse direction one behind another and the abutting transverse bars (7) of the frames have a parabolic shape supporting the reflector plate. A guide rail mounted on the transverse bars of the frame of two neighboring segments is provided for two neighboring reflector plates.

Description

Die Erfindung betrifft einen Parabolrinnenkonzentrator für ein solarthermisches Kraftwerk, der einfallende Solarstrahlung auf ein Absorberrohr fokussiert, in dem ein Wärmeträgermedium strömt, das von der konzentrier­ ten Solarstrahlung erhitzt wird.The invention relates to a parabolic trough concentrator for a solar thermal power plant, the incident Solar radiation focused on an absorber tube in which a heat transfer medium flows from the concentrator solar radiation is heated.

Parabolrinnenkonzentratoren werden beispielsweise in sogenannten SEGS-Kraftwerken (Solar Energy Generating Systems) in Kalifornien eingesetzt. Die Reflektoren dieser Parabolrinnenkonzentratoren bestehen aus rück­ seitig versilbertem Verbundglas, das selbsttragend ist. Die Tragkonstruktion für die Reflektoren muß daher le­ diglich das Gewicht der Reflektoren abstützen; eine formgebende Unterstützung des Reflektors ist nicht er­ forderlich. Durch den hohen Aufwand bei der Fertigung und bei der Montage solcher Kraftwerke sind diese Kraftwerke erst in Größenordnungen ab etwa 50 MW wirt­ schaftlich einsetzbar. Für ein Kraftwerk in dieser Grö­ ßenordnung ist die Investitionssumme sehr hoch, was einer Realisierung eines derartigen Kraftwerkes in zahlreichen sonnenreichen, aber wirtschaftlich armen Gebieten der Erde entgegensteht.Parabolic trough concentrators are used, for example, in so-called SEGS power plants (Solar Energy Generating Systems) used in California. The reflectors these parabolic trough concentrators consist of rear sided silver-plated laminated glass that is self-supporting. The supporting structure for the reflectors must therefore le only support the weight of the reflectors; a shaping support of the reflector is not him conducive. Because of the high manufacturing effort and when assembling such power plants they are Power plants only in economies of around 50 MW socially applicable. For a power plant of this size  The order of magnitude is very high, what a realization of such a power plant in numerous sunny but economically poor Areas of the earth.

In der Vergangenheit wurde versucht, den konstruktiven Aufbau von Parabolrinnenkonzentratoren zu vereinfachen, um die Kosten für ein Kraftwerk zu senken. So wurde als Reflektor ein dünnes eloxiertes Aluminiumblech verwen­ det, was gegenüber dem versilberten Verbundglas eine bedeutende Gewichtsersparnis mit sich brachte. Nachtei­ lig ist jedoch, daß das Aluminiumblech nicht die selbsttragenden Eigenschaften des Verbundglases auf­ weist. Daher sind Tragkonstruktionen erforderlich, die das Aluminiumblech derart unterstützen, daß es in para­ bolischer Form gehalten wird. Die bisher bekannten Stützkonstruktionen aus Aluminium oder Stahl sind je­ doch sehr aufwendig und schwer, was sie entsprechend teuer macht.In the past, attempts have been made to be constructive To simplify the construction of parabolic trough concentrators, to reduce the cost of a power plant. So was like Use a thin anodized aluminum reflector det what a compared to the silver-plated laminated glass brought significant weight savings. Night egg lig is, however, that the aluminum sheet is not the self-supporting properties of the laminated glass points. Therefore, supporting structures are required that support the aluminum sheet so that it is in para bolical form is kept. The previously known Support structures made of aluminum or steel are available yet very elaborate and heavy on what they do makes expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Para­ bolrinnenkonzentrator zu schaffen, der einen einfachen konstruktiven Aufbau hat und kostengünstig einsetzbar ist.The invention has for its object a para to create a gutter concentrator that is simple constructive structure and can be used inexpensively is.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the features of Claim 1 solved.

Der erfindungsgemäße Parabolrinnenkonzentrator hat eine rinnenförmig gebogene Reflektorplatte, die vorzugsweise aus eloxiertem Aluminiumblech oder aus einem mit dünnen Glasspiegeln beklebten Blech besteht, und eine die Re­ flektorplatte tragende Tragkonstruktion aus mehreren in Längsrichtung der Rinne hintereinander angeordneten Segmenten aus Holz. Jedes Segment ist aus mehreren aus Holz bestehenden Rahmen zusammengesetzt, so daß ein modularer Aufbau des Parabolrinnenkonzentrators sowohl in Längs- als auch in Querrichtung gegeben ist, was zu einer hohen Flexibilität bei der Planung und Erstellung des Kraftwerkes führt. Da Holz ein leichter, einfach zu verarbeitender und billiger Werkstoff ist und darüber hinaus Holzrahmen aus relativ dünnen Leisten verwendet werden, können Gewicht und Kosten für den Parabolrin­ nenkonzentrator gesenkt werden, so daß auch kleinere Kraftwerke wirtschaftlich betreibbar werden. Vorteil­ haft ist auch die einfache Montage des Parabolrinnen­ konzentrators, da, bedingt durch den einfachen Aufbau und das geringe Gewicht der Holzrahmen, auch große Pa­ rabolrinnenanlagen fast komplett direkt am Ort montiert werden können, so daß Transporte von oftmals sehr gro­ ßen Bauteilen vom Herstellungsort zu der Baustelle ent­ fallen können.The parabolic trough concentrator according to the invention has a trough-shaped curved reflector plate, which preferably Made of anodized aluminum sheet or one with thin There is sheet metal stuck to glass mirrors, and one the Re supporting structure made of several plates  Longitudinal direction of the channel arranged one behind the other Wooden segments. Each segment is made up of several Wood existing frame assembled so that a modular design of the parabolic trough concentrator both in the longitudinal as well as in the transverse direction, which is too a high degree of flexibility in planning and creation of the power plant. Because wood is a light, easy to use is processing and cheap material and above In addition, wooden frames made of relatively thin strips are used weight and cost of the parabolin nenkonzentrator be lowered, so that even smaller Power plants can be operated economically. Advantage The simple installation of the parabolic trough is also an advantage concentrator, because of the simple structure and the light weight of the wooden frame, also large pa Rabolic trough systems almost completely assembled directly on site can be, so that transports are often very large components from the place of manufacture to the construction site can fall.

Im folgenden wird anhand der Zeichnungen ein Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.In the following, an execution is based on the drawings Example of the invention explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen Querschnitt durch den Parabolrinnenkon­ zentrator, Fig. 1 a cross section through the zentrator Parabolrinnenkon,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Segment des Parabolrin­ nenkonzentrators, Fig. 2 is a plan view of a segment of the nenkonzentrators Parabolrin,

Fig. 3 eine Ansicht des Segments von unten und Fig. 3 is a view of the segment from below and

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2. Fig. 4 shows a section along the line IV-IV in Fig. 2.

In solarthermischen Kraftwerken mit Parabolrinnenkon­ zentratoren wird einfallende Solarstrahlung S von Para­ bolrinnenkonzentratoren 1 auf ein Absorberrohr A kon­ zentriert. Durch das Absorberrohr A strömt ein Wärme­ trägermedium, wie beispielsweise Öl oder Wasser, das von der konzentrierten Solarstrahlung erhitzt wird und einem späteren Verbraucher zugeführt wird. Üblicherwei­ se beträgt die Aperturweite eines Parabolrinnenkonzen­ trators etwa 2 bis 5 m, während der Durchmesser des Absorberrohres im Zentimeter-Bereich liegt.In solar thermal power plants with parabolic trough concentrators, incident solar radiation S from parabolic trough concentrators 1 is concentrated on an absorber tube A. Through the absorber tube A flows a heat transfer medium, such as oil or water, which is heated by the concentrated solar radiation and is supplied to a later consumer. Usually the aperture of a parabolic trough concentrator is about 2 to 5 m, while the diameter of the absorber tube is in the centimeter range.

Anhand der Fig. 1-3 wird nun der Aufbau des Parabol­ rinnenkonzentrators 1 näher beschrieben. Der Parabol­ rinnenkonzentrator 1 ist in Längsrichtung der Rinne, d. h. in axialer Richtung des Absorberrohres A, in meh­ rere Segmente 2 (Fig. 2) unterteilt. Jedes Segment 2 hat eine rinnenförmig gebogene Reflektorplatte 3 zur Fokussierung der einfallenden Solarstrahlung S auf das Absorberrohr A. Die Länge eines Segments 2, d. h. das Maß in Längsrichtung der Rinne wird durch die Breite des Materials der Reflektorplatte 3 bestimmt. Die Re­ flektorplatte 3 besteht aus einem dünnen Aluminumblech von 0,5 bis 1 mm Stärke, wobei eine eloxierte Oberflä­ che der Reflektorplatte 3 den eigentlichen Reflektor bildet.Referring to Figs. 1-3 of the construction of the satellite will now be described in more detail rinnenkonzentrators 1. The parabolic trough concentrator 1 is divided in the longitudinal direction of the trough, ie in the axial direction of the absorber tube A, into several segments 2 ( FIG. 2). Each segment 2 has a channel-shaped curved reflector plate 3 for focusing the incident solar radiation S onto the absorber tube A. The length of a segment 2 , ie the dimension in the longitudinal direction of the channel, is determined by the width of the material of the reflector plate 3 . The Re reflector plate 3 consists of a thin aluminum sheet of 0.5 to 1 mm thick, an anodized surface of the reflector surface 3 forms the actual reflector.

Die Reflektorplatte 3 wird von einer Tragkonstruktion 4 abgestützt (Fig. 1 und 3). Die Tragkonstruktion 4 ei­ nes Segments 2 besteht aus mehreren nach oben und unten offenen Kasten 5 aus wasserfest verleimtem Sperrholz. Die seitlichen Leisten eines Rahmens 5 sind kammartig ineinandergreifend verbunden und können noch durch in­ nen angebrachte Montagewinkel zusätzlich versteift wer­ den. Die Oberflächen des Rahmens 5 sind mit einem Harz wasserfest versiegelt, um eine Langzeitstabilität des Holzes zu gewährleisten.The reflector plate 3 is supported by a supporting structure 4 ( FIGS. 1 and 3). The support structure 4 egg nes segment 2 consists of several up and down open box 5 made of waterproof glued plywood. The side strips of a frame 5 are interdigitated and interlocked and can be additionally stiffened by mounting brackets attached in NEN. The surfaces of the frame 5 are sealed with a resin to ensure long-term stability of the wood.

Die Rahmen 5 sind derart aufgebaut, daß sie, wenn sie zu einem Segment 2 zusammengesetzt sind, eine parabel­ förmige Oberkante 11 ergeben. Die in Längsrichtung ver­ laufenden Längsleisten 6 eines Kastens 5 sind unter einem Winkel derart an den Querleisten 7 befestigt, daß ihre Oberkanten 11 etwa tangential an der Reflektor­ platte 3 anliegen. Die Oberkanten der Querleisten 7 sind parabelsegmentförmig, so daß die zusammengefügten Rahmen 5 mit ihren Querleisten 7 eine Parabolrinne bil­ den, auf die die Reflektorplatte 3 aufgelegt wird. Die einzelnen Kästen 5 sind mit Hilfe von Schrauben 8 mit­ einander verbunden. Die Flächen der dafür erforderli­ chen Bohrungen sind mit einem Harz gegen Eindringen von Feuchtigkeit versiegelt. An der Unterseite jedes Rah­ mens 5 sind zur Versteifung zwei Metallbänder 9 zur Versteifung diagonal angebracht.The frame 5 are constructed such that, when they are assembled to form a segment 2 , they give a parabolic upper edge 11 . The longitudinally running longitudinal strips 6 of a box 5 are attached at an angle to the transverse strips 7 in such a way that their upper edges 11 lie approximately tangentially on the reflector plate 3 . The upper edges of the transverse strips 7 are parabolic segment-shaped, so that the assembled frame 5 with its transverse strips 7 form a parabolic trough on which the reflector plate 3 is placed. The individual boxes 5 are connected to one another by means of screws 8 . The surfaces of the holes required for this are sealed with a resin to prevent moisture penetration. On the underside of each frame mens 5 two metal strips 9 are attached diagonally for stiffening.

In Fig. 4 ist der Verbindungsbereich zweier Segmente 2 gezeigt, die jeweils mit durch die Querleisten 7a, 7b der Rahmen 5 führenden Schrauben 10 miteinander verbun­ den sind. Die parabelsegmentförmig gestalteten Oberkan­ ten 11a, 11b der Querleisten 7a, 7b sind mit einer Schicht 12 bedeckt, die ein Eindringen von Feuchtigkeit verhindert. Eine auf der Schicht 12 liegende rinnenför­ mig gekrümmte Führungsschiene 13 für die Reflektorplat­ ten 3a bzw. 3b ist mit Schrauben 14 an den Querleisten 7a, 7b befestigt. Die Führungsschiene 13 besteht aus einem Aluminiumprofil und weist einen nach oben vorste­ henden Steg 15 auf, der die reflektierenden Flächen der Reflektorplatten 3a, 3b übergreift, so daß die Reflek­ torplatten 3a, 3b in der Führung gehalten werden und in eine Parabelform gezwungen werden. An den äußeren Quer­ leisten 6 eines Segments 2 ist die Reflektorplatte 3 durch Anschläge 16 aus Metall oder Holz gegen ein Her­ ausrutschen aus der Führungsschiene 13 gesichert. Die Oberseite des Steges 15 der Führungsschiene 13 ist mit reflektierender selbstklebender Aluminiumfolie 17 be­ klebt, so daß auch die auf den Steg 15 auftreffende Solarstrahlung S auf das Absorberrohr A reflektiert wird.In Fig. 4, the connection area of two segments 2 is shown, which are each connected to each other with the cross bars 7 a, 7 b of the frame 5 leading screws 10 to each other. The parabolic segment-shaped upper edges 11 a, 11 b of the transverse strips 7 a, 7 b are covered with a layer 12 which prevents the ingress of moisture. A lying on the layer 12 rinnenför shaped guide rail 13 for the reflector plates 3 a and 3 b is fastened with screws 14 to the cross bars 7 a, 7 b. The guide rail 13 consists of an aluminum profile and has a Henden upward vorste web 15 which engages over the reflecting surfaces of the reflector plates 3 a, 3 b, so that the reflectors gate plates 3 a, 3 b in the guide are held, and in a parabolic shape are forced. On the outer cross bars 6 of a segment 2 , the reflector plate 3 is secured by stops 16 made of metal or wood against slipping out of the guide rail 13 . The top of the web 15 of the guide rail 13 is stuck with reflective self-adhesive aluminum foil 17 , so that the incident on the web 15 solar radiation S is reflected on the absorber tube A.

Bei der Herstellung des Parabolrinnenkonzentrators 1 werden zunächst die Längs- und Querleisten 6, 7 der Rah­ men 5 zugeschnitten, mit kammartigen Verzahnungen für den Zusammenbau und Löchern für die Befestigungsschrau­ ben 8 und 10 versehen und an ihren Oberkanten 11 zu einer Parabelsegmentform bearbeitet. Anschließend wer­ den die Leisten 6, 7 mit einem Harz behandelt, so daß keine Feuchtigkeit in das Holz eindringen kann. Für die Reflektorplatten 3 wird einfach nur eloxiertes Alumi­ niumblech auf die richtige Länge geschnitten. Diese Einzelteile werden dann zu der Baustelle, an der das solarthermische Kraftwerk entstehen soll, gebracht.In the manufacture of the parabolic trough concentrator 1 , the longitudinal and transverse strips 6 , 7 of the frame 5 are first cut, provided with comb-like toothing for assembly and holes for the fastening screws ben 8 and 10 and machined at their upper edges 11 to a parabolic segment shape. Then who treated the strips 6 , 7 with a resin so that no moisture can penetrate into the wood. For the reflector plates 3 , simply anodized aluminum sheet is simply cut to the correct length. These individual parts are then brought to the construction site where the solar thermal power plant is to be built.

Bei der Montage der Einzelteile werden zunächst die Längs- und Querleisten 6, 7 z. B. durch Leimen zu Rahmen 5 zusammengefügt, die dann mit Metallbändern 9 ver­ steift werden. Zur Montage eines Segmentes 2 werden die Rahmen 5 mit Schrauben 8 aneinander befestigt. Als nächstes werden die einzelnen Segmente 2 mit Hilfe von Schrauben 10 aneinander befestigt. Auf den Querleisten 7 der Rahmen 5 von zwei benachbarten Segmenten werden Führungsschienen 13 für die Reflektorplatten 3 be­ festigt. Anschließend werden die Reflektorplatten 3 in die Führungsschienen 13 eingeschoben und mit Anschlägen 16 in den Führungsschienen 13 gesichert.When assembling the individual parts, the longitudinal and transverse strips 6 , 7 z. B. assembled by gluing to frame 5 , which are then stiffened with metal strips 9 ver. To assemble a segment 2 , the frames 5 are fastened to one another with screws 8 . Next, the individual segments 2 are fastened to one another with the aid of screws 10 . On the cross bars 7 of the frame 5 of two adjacent segments, guide rails 13 for the reflector plates 3 be fastened. Subsequently, the reflector plates are inserted into the guide rails 13 3 and secured with stops 16 in the guide rails. 13

Claims (7)

1. Parabolrinnenkonzentrator für ein solarthermisches Kraftwerk, mit einer rinnenförmig gebogenen Re­ flektorplatte (3) zur Fokussierung der einfallen­ den Solarstrahlung (S) und einer die Reflektor­ platte (3) tragenden Tragkonstruktion (4) aus meh­ reren in Längsrichtung der Rinne hintereinander angeordneten Segmenten (2), wobei jedes Segment (2) aus mehreren aus Holz bestehenden Rahmen (5) zusammengesetzt ist.1. Parabolic trough concentrator for a solar thermal power plant, with a trough-shaped reflector plate ( 3 ) for focusing the incident solar radiation (S) and a reflector plate ( 3 ) supporting structure ( 4 ) from several segments arranged one behind the other in the longitudinal direction of the trough ( 2 ), each segment ( 2 ) being composed of a plurality of frames ( 5 ) made of wood. 2. Parabolrinnenkonzentrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen (5) eines Segments (2) in Querrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei die aneinander anschließenden Querleisten (7) der Rahmen (5) eine die Reflektorplatte (3) stützende parabolische Form aufweisen.2. Parabolic trough concentrator according to claim 1, characterized in that the frame ( 5 ) of a segment ( 2 ) are arranged next to one another in the transverse direction, the adjoining transverse strips ( 7 ) of the frame ( 5 ) having a parabolic shape supporting the reflector plate ( 3 ) . 3. Parabolrinnenkonzentrator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf den Querlei­ sten (7) der Rahmen (5) von zwei benachbarten Seg­ menten (2) angebrachte Führungsschiene (13) für zwei benachbarte Reflektorplatten (3a, 3b) vorgese­ hen ist, die die Reflektorplatten (3a, 3b) an ihren Oberseiten mit einem Steg (15) übergreift, wobei der Steg (15) eine reflektierende Oberseite (17) aufweist.3. parabolic trough concentrator according to claim 1 or 2, characterized in that one on the Querlei most ( 7 ) of the frame ( 5 ) of two adjacent segments ( 2 ) attached guide rail ( 13 ) for two adjacent reflector plates ( 3 a, 3 b) hen hen vorgese, the reflector plates ( 3 a, 3 b) overlaps on their upper sides with a web ( 15 ), the web ( 15 ) having a reflective top ( 17 ). 4. Parabolrinnenkonzentrator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorplatte (3) mit Anschlägen (16), die an den längslaufenden Seiten des Segments (2) angeordnet sind, in der Führungs­ schiene gesichert ist.4. parabolic trough concentrator according to claim 3, characterized in that the reflector plate ( 3 ) with stops ( 16 ) which are arranged on the longitudinal sides of the segment ( 2 ), is secured in the guide rail. 5. Parabolrinnenkonzentrator nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektor­ platte (3) ein Aluminiumblech mit einer eloxierten Oberfläche ist.5. Parabolic trough concentrator according to one of claims 1-4, characterized in that the reflector plate ( 3 ) is an aluminum sheet with an anodized surface. 6. Parabolrinnenkonzentrator nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektor­ platte (3) ein mit dünnen Glasspiegeln beklebtes nicht reflektierendes Blech ist.6. Parabolic trough concentrator according to one of claims 1-4, characterized in that the reflector plate ( 3 ) is a non-reflecting sheet glued with thin glass mirrors. 7. Parabolrinnenkonzentrator nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Holz ein Verbundholz ist.7. parabolic trough concentrator according to one of the claims 1-6, characterized in that the used Wood is a composite wood.
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